DE2538155C3

DE2538155C3 - Induktiver Drehwinkelabgriff

Info

Publication number: DE2538155C3
Application number: DE19752538155
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr. Krause; Karl-Otto Prof. Dr. Lehmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-08-27
Filing date: 1975-08-27
Publication date: 1978-06-22
Also published as: JPS5229249A; DE2538155B2; DE2538155A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen induktiven Drehwinkelabgriff mit einem Magnetkern in Form eines geschlossenen rechteckigen Fensterkerns, dessen lange Schenkel kreisbogenförmig um die Drehachse und dessen kurze Schenkel parallel zu dieser verlaufen und mit festen Primär- und Sekundärwicklungen und einer auf einem langen Schenkel beweglichen, mit der Drehachse verbundenen und deren Drehwinkel abbildenden Kurzschlußwicklung.

Aus der US-PS 34 95 456 ist ein derartiger Drehwinkelabgriff bekannt (F i g. 18), bei dem die Kurzschlußwicklung mit einem Pendel verbunden ist, dessen Ausschlagswinkel gemessen werden soll. Die langen Schenkel des Kerns sind in Form eines Kreisbogens ausgebildet, dessen Mittelpunkt der Drehpunkt des Pendels ist, die Wicklungen sind auf den kurzen Schenkeln angebracht.

Es wird jedoch häufig die I-orderung gestellt, auch Winkelstellungen eines mechanischen Organs über einen Drehwinkel > 180° bzw. 270° kontaktlos ^ft5 abzubilden.

Wird der Fensterkei η dazu derart gebogen, daß seine U λ .»*> η . 7 η .-I .1 , tfi-in Λ ϋ 1-

stens zwei Dritteln eines Vollkreises entspricht, so verschiebt sich, unter der Voraussetzung, daß der Fensterkern wie üblich aus Kertiblechen gleicher Abmessungen geschichtet ist, der ursprünglich quadratische Querschnitt in den kurzen Schenkeln in einen in der Form eines Parallelogramms. Dies ergibt jedoch erhebliche Schwierigkeiten bei der Anbringung der Wicklungen auf den kurzen Schenkeln des Fensterkerns, da ein großer Wickelraum für die üblichen zylindrischen Spulen um diese Schenkel beansprucht wird.

Es besteht zwar die Möglichkeit, dies durch die Verwendung von Kernblechen abgestufter Länge zu vermeiden; dies dürfte jedoch aus wirtschaftlichen Gründen in der Praxis nicht durchführbar sein.

Es ist auch ein induktiver Wegaufnehmer für große Drehwinkel bekannt (DE-AS 23 38 068), dessen geschlossener Eisenkreis aus zwei ringförmigen ferromagnetischen Körpern besteht, die konzentrisch in einer innerhalb des andern angeordnet und durch einen Steg in Radialrichtung miteinander verbunden sind.· Auf dem Steg oder Joch ist die den magnetischen Fluß erzeugende Magnetisierungsspule angeordnet. Dieser induktive Winkelgeber weist jedoch einen recht komplizierten Kernschnitt auf, so daß Herstellung in verschiedenen Größen infolge der hohen Werkzeugkosten nur bei großen Stückzahlen wirtschaftlich ist

Es stellt demgeäß die Aufgabe, einen Drehwinkelabgriff der eingangs angegebenen Art in möglichst kompakter Bauweise so auszuführen, daß Drehwinkel > 180° abgebildet werden können und der Raumbedarf für die Wicklungen möglichst klein bleibt.

Eine Lösung der Aufgabe wird darin gesehen, daß der Fensterkern Kernbleche gleicher Abmessung aufweist und daß seine langen Schenkel auf einen Teil ihrer Länge kreisbogenförmig mit einem Zentriwinkel von mindestens 240° gebogen sind und daß auf den geradlinig verlaufenden, einen quadratischen Querschnitt aufweisenden Teilen des Kerns die Wicklungen aufgebracht sind.

In einer Ausführungsform ist der Kern hufeisenförmig gebogen, in einer anderen Ausführungsform weist die Biegekurve der langen Schenkel zwei symmetrisch zu der Drehachse liegende Wendepunkte auf, wobei die geradlinigen Schenkelteile parallel zu Radien des den Kreisbogen enthaltenden Kreises verlaufen.

In einer bevorzugten Ausführungsiorm sind die langen Schenkel des Kerns Ω-förmig gebogen, die Spulen sind auf den miteinander fluchtenden Teilen der langen Schenkel aufgebracht, was eine besonders kompakte Bauweise erlaubt.

In allen Fällen ist eine wirtschaftliche Fertigung durch die Verwendung von Kernblechen gleicher Abmessungen gewährleistet.

Zur Erläuterung der Erfindung sind in den Figuren verschiedene Ausführungsbeispiele dargestellt.

F i g. 1 zeigt zur Erläuterung des Prinzips einen bekannten induktiven Wegabgriff,

Fig.2 einen erfindungsgemäßen Drehwinkelabgriff mit dem Kern in Hufeisenform,

F i g. 3 eine Abwandlung der vorhergehenden Kernform mit parallelen, an den Kreisbogen anschließenden Schenkelteilen,

F i g. 4 und 5 Ausführungen mit Ω-förmig gebogenem Kern und verschiedener Wicklungsanordnung.

In F i g. 1 ist ein bekannter induktiver Wegabgriff zur Erläuterung des Funktionsprinzips dargestellt. Der aus Kernblechen in üblicher Weise Beschichtete Magnet-

kern der induktiven Anordnung ist als rechteckiger, geschlossener Fensterkern 1 ausgebildet, mit langen Schenkeln 2 und kurzen Schenkeln 3. Auf seinem einen kurzen Schenkel 3 ist die Primärwicklung 4 angebracht, die mit Wechselstrom gespeist wird; auf dem gegenüberliegenden anderen kurzen Schenkel 3 ist die Sekundärwicklung 5 angeordnet, die über den Eisenweg des Fensterkerns 1 induktiv gekoppelt ist. Ein mechanisches Glied 6 legt einen Weg s zurück, welcher in ein proportionales elektrisches Signal abzubilden ist. Dazu ist das mechanische Glied 6 mit einer Kurzschlußwicklung 7 gekoppelt, welche einen langen Schenkel 2 des Fensterkerns 1 umfaßt und auf diesem verschiebbar ist Die Kurzschlußwicklung 7 erzeugt einen fiktiven Luftspalt mit sehr hohem magnetischem Widerstand, so daß an der Stelle, wo sie sich befindet, der magnetische Fluß im Kern praktisch unterbrochen wird und die Feldlinien sich über den zwischen den langen Schenkeln 2 befindlichen Luftspalt schließen. Damit är.Jert sich die magnetische Kopplung der beiden Wicklungen 4 und 5 und damit das in der Sekundärwicklung 5 induzierte elektrische Signal in Abhängigkeit von der Stellung der Kurzschlußwicklung 7 auf dem langen Schenkel 2.

Um von dem Weg- zu einem Winkelabgriff zu kommen, wird der Fensterkern 1 so gebogen, daß seine langen Schenkel zum Teil auf Kreisbögen gleicher Radien um die Achse, deren Winkelstellung abgebildet werden soll, als Mittelpunkt verlaufen und die kurzen Schenkel 3 parallel zu dieser Achse stehen.

Fig.2 zeigt eine Ausführungsform eines derartigen Winkelabgriffs. Der im Längsschnitt dargestellte Fensterkem 1 ist hufeisenförmig gebogen, derart, daß ein Teil seiner langen Schenkel 2 auf einem Kreisbogen von etwa 260° Zentriwinkel um eine Achse 8 verlaufen, deren Winkelstellung abzubilden ist und die zu diesem Zweck über die mechanische Kopplung 9 mit der Kurzschlußwicklung 7 verbunden ist. Durch die Biegung des Fensterkerns 1 hat sich der ursprünglich quadratische Querschnitt der kurzen Schenkel 3 in Form eines Parallelogramms verschoben, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist. Zur besseren Raumausnutzung und um die Verwendung üblicher zylindrischer Spulenkörper und Wicklungsmethoden zu ermöglichen, ist sowohl Primärwicklung 4 wie Sekundärwicklung 5 auf den geradlinig verlaufenden, einen quadratischen Querschnitt aufweisenden Teilen der langen Schenkel 2 angebracht.

Eine andere Ausführungsform zeigt F i g. 3. Dort sind die langen Schenkel 2 des Fensterkerns 1 derart gebogen, daß die Biegekurve symmetrisch zur Drehachse 8 liegende Wendepunkte aufweist und die geradlinigen Schenkelteile parallel zueinander und zu einem Radius des den Kreisbogen entnaltenden Kreises verlaufen. Bei relativ kleinem Radius des Kreisbogens kann dabei der zu überstreichende Winkelbereich gegenüber der vorhergehenden Ausführung noch vergrößert werden.

Weitere kompakt bauende und deshalb bevorzugte Ausführungsformen zeigen die F i g. 4 und 5. Bei beiden Ausführungen sind die langen Schenkel 2 des Fensterkerns 1 ß-förmig gebogen.

In der Ausführung nach F i g. 4 sind die Wicklungen 4 und 5 auf den fluchtenden, geradlinig verlaufenden Teilen der langen Schenkel 2 angebracht Der untere Teil des Winkelabgriffs kann, wie durch die gestrichelte Umfassungslinie 10 angedeutet, zu einem kompakten Block vergossen werden. Bei der Anordnung der Wicklungen 4 und 5 kann, wie auch in den vorhergenden Beispielen, der Abstand der beiden langen Schenkel 2 relativ klein gehalten werden, was der Stabilität des gebogenen Kerns zugute kommt.

Für besondere Anwendungsfälle kann es erforderlich sein, die Wicklungen 4 und 5 auf den kurzen Schenkeln 3 des Fensterkerns 1 anzuordnen. Dazu sind, wie in F i g. 5 dargestellt, die Biegeradien der Ω-förmig gebogenen langen Schenkel 2 des Fensterkerns 1 so gewählt, daß die kurzen Schenkel 3 quadratischen Querschnitt aufweisen und die Wicklungen 4 und 5 dort aufgebracht werden können.

Wie aus den Ausführungsbeispielen zu erkennen ist, wird besonderer Wert auf völlige Symmetrie gelegt, wodurch als Störgrößen auftretende Induktivitäten und Kapazitäten weitgehend aufgehoben werden. Es ist deswegen auch vorgesehen, die Wicklungen 4 und 5 auf die geradlinig verlaufenden Teile beider langer Schenkel 2 zu verteilen und/oder auf jedem Spulenkörper zwei Wicklungen als Teil der Primär- und der Sekundärwicklung anzubringen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Induktiver Drehwinkelabgriff mit einem Magnetkern in Form eines geschlossenen aus Kernble- S chen geschichteten, rechteckigen Fensterkerns, dessen lange Schenkel kreisbogenförmig um die Drehachse und dessen kurze Schenkel parallel zu dieser verlaufen und mit festen Primär- und Sekundärwicklungen und einer auf einem langen Schenkel beweglichen, den Drehwinkel abbildenden Kurzschlußwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß der Fensterkern (1) Kernbleche gleicher ' Abmessung aufweist und daß seine langen Schenkel (2) auf einem Teil ihrer Länge kreisbogenförmig mit einem Zentriwinkel von mindestens 240° gebogen sind, und daß auf den geradlinig verlaufenden, einen quadratischen Querschnitt aufweisenden Teilen des Kerns (1) die Wicklungen (4,5) aufgebracht sind.

2. Induktiver Dreh winkelabgriff nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Fensterkern (1) hufeisenförmig gebogen ist und die Wicklungen (4,

5) auf den geradlinigen Teilen der langen Schenkel (2) angeordnet sind.

3. Induktiver Drehwinkelabgriff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegekurve der langen Schenkel (2) des Fensterkerns (1) zwei symmetrisch zu der Drehachse liegende Wendepunkte aufweist und die geradlinigen Schenkelteile parallel zu Radien des den Kreisbogen enthaltenden Kreises verlaufen.

4. Induktiver Drehwinkelabgriff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die langen Schenkel (2) ß-förmig gebogen sind und auf den fluchtenden geraden Teilen der langen Schenkel (2) die Wicklungen (4, S) angebracht sind

5. Induktiver Drehwinkelabgriff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die langen Schenkel (2) ß-förmig gebogen und die Biegeradien so gewählt sind, daß die kurzen Schenkel (3) des Fensterkerns (1) quadratischen Querschnitt aufweisen und die Wicklungen (4,5) dort aufgebracht sind.